焦油渣干化装置VOCs减排量核算及环境影响研究

关键词：焦油渣；干化；VOCs；减排量；AERMOD

中图分类号：X820.3 文献标志码：B

前言

焦油渣是炼焦过程中煤在热解、气化中伴随着煤焦油的产出而产生的一种黏稠状固态或半固态的混合物，具有刺激性气味，并含有萘、蒽、菲、芘、芴等多种有毒有害的多环芳烃类和高分子树脂物质，属于重点行业重点监管的危险固体废物。

目前，焦化行业处理焦油渣主要是运往配煤系统，采用油渣分离方式处理，将分离后的油渣与炼焦煤进行掺混后配煤人焦炉使用，利用焦炉环境对焦油渣实现最终处置。但是也存在以下问题：（1）这种方法处理后的焦油渣含30～40%左右煤焦油，对焦油渣配煤入炉后燃烧造成煤焦油损失，降低化产品收得率；（2）焦油渣由于其黏度较大腐蚀性强，容易造成配煤过程下料不畅造成堵塞；（3）在添加过程中滴漏的焦油渣对皮带及通廊极易造成腐蚀；（4）焦油渣收集过程存在滴漏及VOCs气体无组织溢散现象，对环境造成污染并影响岗位操作人员身心健康。

焦油渣干化装置可以有效解决以上问题，此研究以广东省某焦化厂为例，对煤气精制焦油渣采取干化处理方案，根据VOCs产污系数、废气收集方式的捕集效率、敞开面控制风速等，核算煤气精制区域VOCs无组织减排量，并利用AERMOD预测模型，计算焦化厂煤气精制区域VOCs无组织减排前后大气环境的影响变化情况。

1工程实例

1.1原有焦油渣处理工艺

广东省某焦化厂年产焦炭510万吨，配套建设干熄焦装置。焦化厂煤气净化线由煤气冷凝鼓风单元、脱硫单元、制酸单元、硫铵单元、蒸氨单元、终冷洗苯单元、粗苯蒸馏单元等组成。焦油渣主要产生于煤气冷凝鼓风单元，主要包括焦炉荒煤气的间接初冷、电捕除焦油、煤气输送及焦油、氨水分离等过程。该焦化厂现有2条煤气净化线，共配备超级离心机6台。其中，1#煤气精制线配备超级离心机4台（2用2备），焦油渣产量8t/台·天；2#煤气精制线配备超级离心机2台（1用1备），焦油渣产量5t/台·天。集气管来的荒煤气经气液分离器分离出焦油、氨水后，煤气进入立管式间接冷却器。采用立式焦油氨水分离工艺，分离后的混合液导人焦油氨水分离槽，焦油通过超级离心机三级脱渣、排渣，焦油渣通过焦油渣箱收集。

1.2焦油渣干化装置技术改造方案

该厂对焦油渣处理工艺实施技术改造，采用焦油渣干化技术，对现有2条煤气精制线增设4套焦油渣干化处理装置（2用2备）。焦油渣干化处理装置主要由液化罐，研磨机，输送泵，固液分离器等组成，单套固液分离器处理能力5～8t/h。本工艺依托现有超级离心机框架建设，在每台超级离心机下部增设焦油渣液化罐，液化罐设有加热和搅拌功能，液化罐可添加焦油，焦油渣通过超级离心机进入液化罐，通过夹套采用循环氨水间接加热，焦油渣在液化罐内通过特殊的刮筛结构把大颗粒破碎，加入焦油进行混合，使焦油渣变为利于输送的流体，进入研磨机进一步把颗粒碾碎，再通过输送泵送至固液分离器进行分离，固液分离器与现有尾气总管连接，密封作业中产生的VOCs气体通过固液分离器上方的预留口接人负压煤气系统进行燃烧处理。分离出的煤焦油外送，干渣粉至焦油渣箱缓存，后送往煤场回配煤系统炼焦。

由于焦油渣连续排出，因此液化罐能否稳定运行较为关键。若出口出现堵塞，不能及时疏通，将直接影响焦油渣分离设备正常运行，严重时将影响焦油正常输送。根据现场经验，当配入焦油比例不少于30%时，可保证液化罐内混合物有较好流动性。在每次焦油渣干化处理后，为防止混合物粘结或堵塞在设备及管道，在液化罐焦油渣出口管道上设蒸汽自动吹扫及氨水自动冲洗，氨水冲洗后随焦油渣进入液化罐，经固液分离器后返回焦油氨水分离系统再利用。焦油渣箱为气动盖，渣箱开合处四周设围挡。焦油渣经过处理后，整体呈现粉末状态，颜色为黑灰色，焦油渣含水（油）量不大于15%，煤粉、焦粉约占80%，可直接作为炼焦煤进入配煤系统。焦油渣干化处理装置工艺流程示意见图1。主要设备清单见表1。

焦油渣干化系统能够有效提高焦油的回收率，改善配煤过程下料不畅造成堵塞。利用剩余氨水余热（在冬季气温特别低时使用少量蒸汽）热源，不增加焦化废水。全系统密闭作业，无二次污染，可彻底改变焦油渣生产区域及道路的污染，以及添加过程中焦油渣的滴漏、焦油渣对皮带及通廊造成腐蚀等问题，同时，消除原有焦油回收过程中存在的跑冒滴漏和VOCs无组织排放对环境的影响，产生的焦油渣干粉基本上闻不到味道，解决了运输和使用（包括掺混、输送）过程中的污染，焦油渣收集现场的环境状况得到根本上的改观。焦油渣处理工艺的技术改造不影响生产，施工简便，操作间歇式、简易，投资低、设备成熟可靠。

2 VOCs减排量核算

根据第二次全国污染源普查《煤炭加工行业系数手册》（2019年试行版）“精煤、湿熄焦、筛分、转运、煤气净化等”VOCs产污系数0.000277kg/t焦炭。该焦化厂均采用干熄焦工艺，精煤、筛分、转运环节均为封闭皮带输送，煤气净化环节除焦油渣落料处产生VOCs无组织逸散外，其它环节焦油均采用密闭管道输送。焦油渣由超级离心机出口直接落人焦油渣箱收集，焦油渣箱非密闭，仅在焦油渣箱四周设置围挡。因此，此研究焦油渣区域VOCs产污系数按0.000277kg/t焦炭进行核算，改造前焦油渣区域VOCs排放量为1.38t/a。

改造后焦油渣干化装置采取全密闭式作业，液化罐与固液分离器作业过程产生的VOCs废气经管道全部引入煤气负压系统进行燃烧处理，仅渣箱气动盖开合过程排放VOCs废气。参考《广东省工业源挥发性有机物减排量核算方法（2023修订版）》中废气收集集气效率参考值，渣箱气动盖开合过程按照“仅保留物料进出通道，通道敞开面小于1个操作工位面”且“VOC尾气回收主管设计流速8～10m/s，支管设计流速2～3 m/s”的控制条件进行设计和验收，可以认为VOCs捕集效率达到65%。渣箱气动盖开合过程VOCs无组织排放量为0.48t/a。

3改造前后环境影响分析

3.1模拟预测

3.1.1污染源参数

此研究假设两种情景，即在原有超级离心机出口处增设焦油渣干化装置前／后（以下简称“改造前／后”），分别计算焦油渣落料区无组织排放VOCs的区域最大地面小时平均质量浓度及其占标率，绘制区域最大地面浓度分布图，分析对周边大气环境的影响。改造前后焦油渣面源参数见表2。

3.1.2模型参数

此研究采用《环境影响评价技术导则大气环境》（HJ 2.2-2018）中附录A推荐的AERMOD作为大气扩散模型，AERMOD是美国环保署和中国环境保护部推荐的法规模式之一，可用于多种排放源（包括点源、面源、体源）的排放情形。该模型是一种稳态烟羽模型，以扩散统计理论为出发点，假设污染物的浓度分布在一定程度上服从高斯分布。

3.1.3气象数据

地面气象数据来自距建设项目24km的地面气象观测站2021年的逐小时数据，其中风向、风速、温度等原始地面气象观测数据来源于国家气象局，云量数据来源于国家环境保护影响评价值模拟重点实验室卫星观测总云量（CTAS）。原始高空气象采用中尺度气象模MM5模拟，分辨率为30km×30km。该模式采用的原始数据有地形高度、土地利用、陆地-水体标志、植被组成等数据，数据源主要为美国的USGS数据。

3.1.4地形数据

该焦化厂位于广东省沿海地区，地势开阔且较为平坦，主要为平原地带，地形高程在0m～30m之间，高差变化不大。地形数据资料取自SRTM3数据库，分辨率约90m。

3.1.5地表参数

由于该焦化厂位于广东省沿海地区，故地表参数需综合考虑水面和城市等影响。此研究不考虑海岸线薰烟。

3.1.6预测方案

研究区域为以焦油渣改造区域中心为原点，兼顾区域内环境空气敏感点相对位置，划定边长5km的正方形预测区域，预测网格采用直角坐标网格，网格距50m加密布设。预测2处焦油渣落料区无组织排放源A1、A2对区域内8处环境空气敏感点的环境影响，计算点为区域内环境空气敏感点和区域最大地面浓度点，绘制改造前后VOCs区域小时最大地面浓度等值线分布图。此研究只对建设项目的贡献浓度进行预测分析，暂不考虑区域环境背景值的叠加影响。评价区污染源及敏感点相对位置见图2。

3.2地面浓度贡献情况

此研究区域环境空气质量标准参考《大气污染物综合排放标准详解》，VOCs以非甲烷总烃计（NMHC），小时平均标准值2.0mg/m³。经AER-MOD模型定量预测，分别统计两种情景下VOCs对各环境空气敏感点贡献情况及区域最大地面浓度变化情况。计算结果表明，改造后各计算点VOCs小时浓度贡献值为与改造前相比下降2.00μg/m³～14.26μg/m³，降低幅度占标率0.10%～0.71%。改造前VOCs区域最大小时浓度为1185.71μg/m³，改造后VOCs区域最大小时浓度为416.26μg/m³，降低幅度65%，改造后VOCs影响面积由改造前的6.16m²缩小至1.29m²，影响面积减少79%。各计算点小时平均浓度均可以达到《大气污染物综合排放标准详解》中非甲烷总烃小时平均标准限值要求。厂区边界VOCs排放浓度可以满足广东省地方标准《大气污染物排放限值》（DB44/27-2001）以及《固定污染源挥发性有机物综合排放标准》（DB44/2367-2022）非甲烷总烃无组织排放限值。改造前后VOCs区域小时最大地面浓度等值线分布见图3-图4。

4结论

拟对焦化厂现有煤气精制线焦油渣处理进行技术改造，增加焦油渣干化装置，焦油渣落料区VOCs无组织捕集效率可达到65%，作业中产生的VOCs尾气经管道全部接人负压煤气系统进行燃烧处理。VOCs减排量源强核算可参考《煤炭加工行业系数手册》（2019年试行版）“精煤、湿熄焦、筛分、转运、煤气净化等”，VOCs产污系数0.000277kg/t焦炭。经预测计算，改造后区域最大地面小时浓度与改造前相比下降65%，VOCs影响面积减少79%。各计算点小时浓度均可以达到《大气污染物综合排放标准详解》中非甲烷总烃小时平均标准值2.0 mg/m³。焦油渣干化装置可以有效地改善焦油渣收集过程存在滴漏及VOCs气体无组织溢散现象，区域污染物贡献浓度显著降低，净化效果明显，可以实现较好的环境效益。